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雷电灾害风险评估的现状及展望

【摘要】雷电灾害风险评估综合运用了定性风险分析、定量风险分析和半定量风险分析方法,并在风险分析、风险评价的基础上为业主提供风险管理的决策意见。本文介绍了我国雷电灾害风险评估研究的现状,并对雷电灾害风险评估业务的未来发展趋势进行了构想,指出研究并控制评估的不确定度、开展运行阶段验收以及质量管理体系是未来雷电灾害风险评估业务的发展趋势。

【关键词】雷电灾害风险评估;不确定度;质量管理体系;运行阶段;评估

雷电灾害风险评估是由风险分析、风险评价、风险管理这三部分组成,人们将这三部分统称为风险评估。风险分析是指:系统的使用项目的信息、数据识别出危险,并预测其对人员、财产和环境的风险。风险评价是指:以风险分析作为基础,综合社会、经济、环境等方面的因素,对风险的容忍度做出判断的过程。风险管理是指:寻找并引入风险控制手段,消除或者减少这些危险对人员、环境或者资产的潜在伤害。近年来我国的雷电灾害风险评估业务得到了快速的发展,大量的学者对雷电灾害风险评估理论进行了分析和研究,这些研究对于防雷减灾工作具有重要意义。本文将介绍近年来雷评领域的突出进展,同时探讨新形势下如何继续发展雷电灾害风险评估工作。

1雷电灾害风险评估的研究现状

雷电灾害风险评估中,综合运用了定性风险分析、半定量风险分析和定量风险分析。定性分析可以用于:(1)风险的初步筛查与识别;(2)风险级别较低,不需要花费时间和精力进行更加详细分析的时候;(3)当没有足够数量和质量的数据进行风险分析的时候。安全检查表就是典型的定性评估方式。半定量分析的目的是建立起比定性分析更加详细的优先次序,但它并不是像定量分析那样给出风险的实际值。定量风险分析适合对那些发生概率较低、影响较大的事件的风险进行量化,也可以进行专门的概率评估和大规模分析。定量风险分析使用数值来描述频率、后果和严重程度,并且可以将危险量化并累加,形成一个行为的总体风险。由于这三种方法各有利弊,评估人员需要结合数据、场景、时间、人员等多种因素综合使用这三种分析方法进行评估。而定量分析、半定量分析的使用正是雷电灾害风险评估和传统定性的防雷设施技术评价的根本性差别之一,因为风险决策实际上应该依据的是一个行为的总体性风险。

2国内雷电灾害风险评估的技术进展

我国的学者在长期的评估实践中发现如果过分依赖评估标准,就容易造成评估结果缺乏针对性。同时评估标准中构建的简化模型也无法满足现在越来越复杂的实际项目情况。基于新发展的雷电预警及预防技术,评估人员亟待开发新的补偿及修正系数。同时,基于雷电监测统计数据的宏观区域性评估也越来越收到学者的重视。植耀玲[1]等研究了原有雷电灾害风险评估中Lo取值法的局限性,并提出了Lo的优化取值法。李京校等[2]着重研究了采取雷电预警措施之后对评估参数Lx及其取值方法的影响,并给出了相对应的风险评估方法。扈海波等[3]在5m×5m细微网格上实施了社区雷电灾害风险评估模型的开发及应用,对雷击危险次数及脆弱性进行了数值化评估模拟。史雅静等[4]推导出了位置因子和评估对象高度的关系,并建立了位置因子的精细化计算模型。柴健等[5]运用统计分析、原理计算、软件仿真等方法提出多个风险因子的评估方法。冯鹤等[6]探讨了根据工程实际确定参数Am值的一般方法,并得出了参数Am值应在分析确定可能造成危险的雷击点的最远距离的基础上定量计算的结论。胡定等[7]使用FMEA法研究了预评估失效的原因和计算方法,并按照失效程度高低对参数进行了排序,并列出了高失效度参数的修正意见。

3雷电灾害风险评估的发展问题与展望

3.1深入研究评估的不确定度

所有的定量风险评估都存在一定程度的不确定性,有时候不确定的程度可能很高,因此风险评估的结论也就不那么可靠。不确定性的成因分为三大类:(1)模型不确定性;(2)参数不确定性;(3)完整度不确定性。雷灾风险分析过程需要使用很多模型,包括触电模型、火灾模型、爆炸模型等,这些模型通常都是对现实情况的简化,使用数学工具或其他分析工具建立,每一种模型都有自己的局限和优点,对所研究问题的适用程度也不一样,为了能够选择最合适的模型和方法,分析人员需要了解模型的属性,同时也应该具备在评估中运用模型的全面知识。模型不确定性的原因来自:(1)没有选择恰当的模型;(2)没有充分理解模型。同时在雷灾评估中,有一些方面是很难建模的,也存在无法量化的原因和因子,另一方面评估人员对于危险事件的后果知识也没有充分的把握。雷灾风险评估需要使用大量的参数,数据的不确定性体原因在于:(1)数据的质量和数据收集方式、难度;(2)数据量;(3)估计流程(近似、保守);(4)人为因素。另外很多雷评中的参数来源自通用的数据源,比如很多评估人员在推算Lx时使用IEC推荐的数据,在使用之前应该检查这些数据是否符合研究对象的实际情况以及是否需要更新。影响完整度不确定性的的原因有:(1)风险分析的背景资料正确与否是否及时更新;(2)是否已经识别出了所有的潜在危险事件。在雷评分析过程中会使用大量的业主提供的图纸和文件,如果这些文件有错误或者没有及时更新,风险分析的结果可能就会和真实的系统不大一样。在预评估和方案评估中会面临完整度不确定性较高的问题,很多数据依靠评估人员估算而来,为了避免因为较高的不确定度而影响预评估或方案评估的有效性,本文的建议如下:(1)调整风险允许值,设置上、下限;(2)增加冗余的雷电防御系统,避免过度使用风险允许值;(3)使用定性风险评估方式;(4)使用验收评估和运行阶段评估。具体来讲,在划分风险接受方法时应避免使用“一刀切”的方式,可划分出风险允许值的上限和风险下限,在风险允许值值上限以上的风险不能容忍,在风险下限以下的风险可以接受。在风险上限和风险下限之间的风险可以接受但应尽量避免,可以不必在设计阶段消除,可以在项目投产之后可以通过科学的雷电防御管理改善。当后果和频率的不确定性都较大时,设定风险允许值不能作为决策的主要依据,此时应该采取增加冗余的防雷设施的原则,新增加的防御设施应尽量独立于其他防御设施,不会因其他防御设施失效而影响到冗余防御设施的防御效能。一旦原有防御设施失效,冗余的防御设施就能起到作用。当没有足够数量和质量的数据进行定量风险分析的时候,可以采用定性分析代替。

3.2发展验收阶段评估和运行阶段评估

随着验收评估和运行阶段评估的不断开展,评估的不确定度会逐步降低。雷灾风险验收阶段评估是在建设项目竣工后通过对建设项目的物料、工艺、防御设备、人员、环境的实际情况的雷灾风险评价。验收阶段评估的核心是:(1)现场防雷措施是否符合国家相关标准与规定;(2)防雷措施是否按照预评估过程的推荐决策进行施工;(3)是否建立了防雷管理制度、是否进行了人员培训;(4)是否制订了防雷事故预防和应急救援措施;(5)通过更新的数据对项目进行雷灾风险评价并提出决策意见。验收阶段评估能通过对现场检查、检测、访问,获取在之前评估阶段没有获取或不易察觉的数据,建立项目的评估档案,降低之前阶段评估数据的不确定度,能更准确的识别危险源及进行原因和频率、概率分析。雷灾风险现状评估是在前阶段风险评估的基础上通过对设施、设备的实际运行情况及管理现状的调查与分析进行的危险源识别与风险评价。定期开展雷灾风险现状评估的核心是:(1)通过勘察更新评估的输入数据;(2)通过经验丰富的现场勘查人员排查危险源;(3)模拟创建事故场景。定期开展雷灾风险现状评估将是前阶段风险评估的升华,它的数据的不确定度更低,决策意见也更有针对性。

3.3合理利用闪电定位与雷灾勘察资料

如何验证雷电灾害风险评估是否有效是一个普遍性难题,一方面可以依靠相关实验提供的大量运行数据,另一方面雷电灾害事故和危险事件也为评估提供了珍贵的现实依据,经过详细勘察并还原、总结出的事故数据可以用于[8]:(1)监控风险和安全水平;(2)为风险分析提供输入数据;(3)识别风险;(4)评价风险减低措施的影响;(5)比较各种措施和方法。我国以往的雷灾事故数据多是对事故进行了简单的描述,并没有提供任何关于事故原因的分析,一些数据只涉及重大事故,对于小事故、未构成事故的危险事件很少涉及。随着我国监测预警服务系统的逐步普及,评估机构应重视利用雷灾事故数据为雷电灾害风险评估提供输入。评估机构应利用闪电定位仪、雷电流峰值记录仪等监测手段结合业主报告的雷灾事件对雷电发生的地点、电流极性、电流幅值、灾害损失等数据进行勘察分析,并还构建事故场景并建立雷灾数据库,不但要了解发生了什么,更重要的是要理解事故为什么发生。评估机构之间应该共享雷灾事故数据库信息。有些业主往往以为一时没有发生事故就放松警惕,认为项目现有的防御设施足以抵抗风险,而忽视风险评估所给出的决策意见。而事实上真正被业主察觉的事故可谓“冰山一角”,数量更多的是不易察觉的隐性的事故以及一些随时可能转化为显性事故的潜伏状态。比如安装能量不匹配的浪涌保护器虽然能达到泄流的作用,但是限压的能力却不甚理想,被保护设备在一次线路雷击事件中遭受一次过电压波的侵袭即便不能随即失效也极有可能加速它的老化,这就是一起典型的隐性事故。隐性事故和潜伏状态并不会立即触发显性事故,但是它长期存在于系统之中,加上没有勤于维护和管理不善,在未来可能会引发显性事故。对于有条件的评估机构可以主动与被评估单位合作利用高精度闪电定位仪资料和隐性事故数据开展相关性调查,隐性事故的调查分析和显性事故的调查一样重要,都应引起评估人员的高度重视。

3.4开展质量管理体系工作

要使雷电灾害风险评估工作真正发挥作用,必须要有质量保证,所以必须充分吸收质量管理体系的精髓,实现雷电灾害风险评估的健康稳定发展。雷电灾害风险评估机构需建立的质量管理体系的内容包括:(1)制定控制方针与目标;(2)明确机构与职责;(3)加强人员培训及业务交流;(4)开展合同评审;(5)开展内部评审;(6)强化跟踪服务;(7)做好档案管理;(8)纠正与预防措施;(9)建立文件记录。

4结论

在新形势下评估机构应该开发验收评估、运行阶段评估等多种先进的管理模式,建立、完善质量管理体系,保证雷电灾害风险评估工作质量。同时应该采取定性评估、半定量评估和增加防雷装置设计的方式来控制评估的不确定度。评估机构还应该合理利用闪电定位与雷灾勘察资料为雷电灾害风险评估提供输入。

作者:刘开道 于 潇 曾明育 陈统明 单位:钦州市气象局

参考文献:

[1]植耀玲,冯民学,樊荣.雷击风险评估中Lo损失因子在多线路系统下的细化和改进[J].气象科学,2012,32(3):298~303.

[2]李京校,扈海波,樊荣等.雷电监测预警对雷击风险评估的影响分析[J].气象科学,2013,33(6):678~684.

[3]扈海波,李京校.雷电灾害风险评估模型在社区空间尺度上对雷击危险次数及脆弱性的模拟和分析[J].自然灾害学报,2015,24(1):191~202.

[4]史雅静,肖稳安,柴健等.雷击风险评估中位置因子的精细化分析[J].电瓷避雷器,2015,264(2):114~118.

[5]柴健,王学良.精细化雷击风险评估方法的研究[J].实验室研究与探索,2015,34(1):284~288.

[6]冯鹤,田艳婷,李小龙.雷电灾害风险评估中Am因子的选取方法研究[J].科学技术与工程,2013,33(13):10093~10097.

[7]胡定,于潇,郑永泉等.基于FMEA法的预评估失效模式分析及改进方法[J].气象研究与应用,2015,36(2):100~103.

[8]Rausand,M.著;刘一骝译.风险评估:理论、方法与应用[M].北京:清华大学出版社,2013:379~389.

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